專利名稱：仿古指南車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械領(lǐng)域，涉及一種指南車，尤其涉及一種仿古指南車。
背景技術(shù)：
指南車是我國古代的文化瑰寶之一，是中國古代科技成果的杰出代表。但是，從宋代以后，指南車就失傳了。古籍上關(guān)于指南車的記載相當(dāng)多，但分歧較大，直到現(xiàn)在，許多學(xué)者對它的看法也不一致。《西京雜記》一書中說“司南車，駕四，中道”。以后，東漢張衡、三國馬鈞都曾造過指南車。據(jù)說，馬鈞的指南車，是上裝一木人，下連磁石，不管車子向什么方向行駛，木人的手始終向南指著。然而，這種說法是不大可靠的。指南車到底是什么樣子？《晉書·輿服志》上才較為明確“司南車，一名指南車，駕四馬，其下制如樓，三級；四角金龍銜羽葆；刻木為仙人，衣羽衣，立車上，車雖回運而手常指南”。稍后的南朝時期的宋、齊也有指南車。《宋書·禮志》說“其制如鼓車，設(shè)木人于車上，舉手指南。車雖回轉(zhuǎn)，所指不移”。《南齊書·祖沖之傳》也說“沖之改造(指南車之)銅機，圓轉(zhuǎn)不窮而司方如一”。
其他史籍對指南車的記載也還有不少，但是一般都只限于外形、性能、制造過程、使用情況等。一直到宋代，對指南車才有較詳細(xì)的記述?！端问贰?、《愧郯錄》對燕肅和吳德仁制造的兩種指南車的內(nèi)部傳動系統(tǒng)以及大小、規(guī)格、型制等，均有較為具體的記載。我們從中了解到指南車的結(jié)構(gòu)和原理，大體是這樣的車身為一轅雙輪車，車箱為重構(gòu)結(jié)構(gòu)，上立一木人，引臂南指。車箱內(nèi)部設(shè)置有一套可自動離合的齒輪傳動機構(gòu)。當(dāng)車子行進中偏離正南方向，向東(左)轉(zhuǎn)彎時，東轅前端向左移動，而后端向右(向西)移動，即將右側(cè)傳動齒輪放落，使車輪的轉(zhuǎn)動能帶動木人下方的大齒輪向右轉(zhuǎn)動，恰好抵消車輛向左轉(zhuǎn)彎的影響，使木人手臂仍指南方。當(dāng)車子向西(右)轉(zhuǎn)彎時，則左側(cè)的傳動齒輪放落，使大齒輪向左轉(zhuǎn)動，以抵消車子右轉(zhuǎn)的影響。而車子向正前方行進時，車輪與齒輪系是分離的，因此木人手臂所指的方向不受車輪轉(zhuǎn)動的影響。如此，不管車子的運動方向是東西南北或不斷變化，車上木人的手臂總是指向南方，起著指引方向的作用(據(jù)陰法魯、許樹安主編《中國文化史》)。可見，我國古代指南車是巧妙地運用機械原理制造而成?！端问贰冯m有較詳記載，但仍不夠具體，也無圖可循，所以現(xiàn)在關(guān)于指南車內(nèi)部構(gòu)造圖形的不同學(xué)術(shù)觀點，已近二十種?？磥?，要徹底了解其中奧秘，還有待繼續(xù)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用差動齒輪構(gòu)造原理制成的仿古指南車。
本發(fā)明的仿古指南車，包括車體、車軸、車輪及車轅。所述車體底部設(shè)有上、下兩層底板，且上、下兩層底板間設(shè)有相互嚙合的前、后水平齒輪。其中前水平齒輪的齒輪軸設(shè)置在下層底板的中心線上，并在下層底板上設(shè)置有以前齒輪軸的軸心為圓心、以前、后水平齒輪的嚙合軸距為半徑的中心對稱弧形軌道，所述后水平齒輪的齒輪軸在弧形軌道內(nèi)擺動。所述前水平齒輪的齒輪軸穿過上層底板伸出車體外，并在齒輪軸的頂端設(shè)有指南針；所述后水平齒輪的齒輪軸穿過下層底板與車轅連接。所述車體內(nèi)車軸的兩側(cè)對稱設(shè)置有與后水平齒輪嚙合的左、右垂直齒輪。
為了使本發(fā)明指南車的結(jié)構(gòu)更加簡單、合理，所述弧形軌道的兩個端點與車軸的軸心設(shè)置在同一豎向平面上，而且兩個端點與左、右垂直齒輪間的距離為后水平齒輪的半徑。
為了保證本發(fā)明的指南車在轉(zhuǎn)向360度的情況下，指南針始終能指向正南方，所述前、后水平齒輪的半徑相同，且水平齒輪半徑∶垂直齒輪半徑等于車輪距∶車輪半徑。
為了便于指南車直線行走，在圓弧軌道內(nèi)側(cè)中心線的位置設(shè)有M型槽。
本發(fā)明的特點1、指南車任意轉(zhuǎn)向，指南車上的指針始終指向正南方；2、在沒有強大外力的作用下，指南車能始終沿出發(fā)時的方向前進；3、本發(fā)明的指南車采用差動齒輪的構(gòu)造原理制成，其結(jié)構(gòu)簡單，可以做成模型展覽，也可以作成教學(xué)用具、兒童益智玩具、工藝品及旅游紀(jì)念品。


圖1為本發(fā)明縱向結(jié)構(gòu)剖視2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)圖
具體實施例方式
一種仿古指南車，包括車體1、車軸2、車輪3及車轅14。在車體1底部設(shè)有上、下兩層底板11、12，且上、下兩層底板11、12內(nèi)設(shè)有相互嚙合的前、后水平齒輪6、7，其中前水平齒輪6的齒輪軸8設(shè)置在下層底板12的中心線上，并在下層底板12上設(shè)置有以前齒輪軸8的軸心為圓心、以前、后水平齒輪的嚙合軸距為半徑的中心對稱弧形軌道13，后水平齒輪7的齒輪軸9在該弧形軌道13內(nèi)擺動。前水平齒輪6的齒輪軸8穿過上層底板11伸出車體1外，并在齒輪軸8的頂端設(shè)有指南針10；后水平齒輪7的齒輪軸9穿過下層底板12與車轅14連接。為了便于指南車直線行走，在圓弧軌道13內(nèi)側(cè)中心線的位置設(shè)有M型槽。車體1內(nèi)車軸2的兩側(cè)對稱設(shè)置有與后水平齒輪7嚙合的左、右垂直齒輪4、5。
所述弧形軌道13的兩個端點與車軸2的軸心在同一豎向平面上，并與左、右垂直齒輪4、5間的距離為后水平齒輪7的半徑。
所述前、后水平齒輪的半徑相同，且水平齒輪半徑∶垂直齒輪半徑等于車輪距∶車輪半徑。
當(dāng)前、后水平齒輪6、7及左、右垂直齒輪半徑相同時，車輪的半徑應(yīng)當(dāng)?shù)扔趦蓚€車輪之間的距離。
當(dāng)前、后水平齒輪6、7的半徑是左、右垂直齒輪半徑的兩倍時，車輪的半徑應(yīng)當(dāng)?shù)扔趦蓚€車輪之間距離的一半。
依次類推，當(dāng)前、后水平齒輪6、7的半徑時是左、右垂直齒輪半徑的四倍時，車輪的半徑應(yīng)當(dāng)?shù)扔趦蓚€車輪之間距離的四分之一。
在指南車出發(fā)前，通過前齒輪軸8調(diào)整設(shè)置在其頂端的指南針10，使其指向南方。指南車在行駛中轉(zhuǎn)向時，通過車轅14驅(qū)動與其連接的后水平齒輪軸9在車體底部下層底板12上的圓弧軌道13內(nèi)左右擺動(后水平齒輪軸9的擺動方向與指南車的轉(zhuǎn)向相反)，同時后水平齒輪7轉(zhuǎn)動并帶動前水平齒輪6轉(zhuǎn)動(后水平齒輪7轉(zhuǎn)向與指南車在行駛中轉(zhuǎn)向一致，前水平齒輪6轉(zhuǎn)向與指南車在行使中轉(zhuǎn)向相反)，從而使前齒輪軸8以與指南車轉(zhuǎn)向相反的方向轉(zhuǎn)動，以調(diào)整前齒輪軸8頂端的指南針10始終指向南方。同時，由于后水平齒輪軸9在車體底部下層底板12上的圓弧軌道13內(nèi)左右擺動，當(dāng)指南車在行駛中轉(zhuǎn)向時，后水平齒輪軸9在圓弧軌道13內(nèi)左擺或右擺，后水平齒輪7與左或右垂直齒輪4、5嚙合，以增加或減小左垂直齒輪或右垂直齒輪的轉(zhuǎn)動力矩，驅(qū)使指南車調(diào)整行進方向，并始終沿出發(fā)時的方向前進。
權(quán)利要求
1.一種仿古指南車，包括車體(1)、車軸(2)、車輪(3)及車轅(14)，其特征在于所述車體(1)底部設(shè)有上、下兩層底板(11、12)，且上、下兩層底板(11、12)間設(shè)有相互嚙合的前、后水平齒輪(6、7)；其中前水平齒輪(6)的齒輪軸(8)設(shè)置在下層底板(12)的中心線上，并在下層底板(12)上設(shè)置有以前齒輪軸(8)的軸心為圓心、以前、后水平齒輪的嚙合軸距為半徑的中心對稱弧形軌道(13)，所述后水平齒輪(7)的齒輪軸(9)在弧形軌道(13)內(nèi)擺動；所述前水平齒輪(6)的齒輪軸(8)穿過上層底板(11)伸出車體(1)外，并在齒輪軸(8)的頂端設(shè)有指南針(10)；所述后水平齒輪(7)的齒輪軸(9)穿過下層底板(12)與車轅(14)連接；所述車體(1)內(nèi)車軸(2)的兩側(cè)對稱設(shè)置有與后水平齒輪(7)嚙合的左、右垂直齒輪(4、5)。
2.如權(quán)利要求1所述的仿古指南車，其特征在于所述弧形軌道(13)的兩個端點與車軸(2)的軸心在同一豎向平面上，并與左、右垂直齒輪(4、5)間的距離為后水平齒輪(7)的半徑。
3.如權(quán)利要求1所述的仿古指南車，其特征在于所述前、后水平齒輪的半徑相同，且水平齒輪半徑垂直齒輪半徑等于車輪距車輪半徑。
4.如權(quán)利要求1所述的仿古指南車，其特征在于所述圓弧軌道(13)內(nèi)側(cè)中心線的位置設(shè)有M型導(dǎo)槽。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、合理的仿古指南車，該指南車是在車體底部設(shè)有上、下兩層底板，并上、下兩層底板間設(shè)有相互嚙合的前、后水平齒輪，其中前水平齒輪的齒輪軸設(shè)置在下層底板的中心線上；在下層底板上設(shè)置有以前齒輪軸的軸心為圓心、以前、后水平齒輪的嚙合軸距為半徑的中心對稱弧形軌道，后水平齒輪的齒輪軸在弧形軌道內(nèi)擺動；前水平齒輪軸穿過上層底板伸出車體外，并在齒輪軸的頂端設(shè)有指南針；后水平齒輪軸穿過下層底板與車轅連接；在車體內(nèi)車軸的兩側(cè)對稱設(shè)置有與后水平齒輪嚙合的左、右垂直齒輪。本發(fā)明的指南車采用差動齒輪的構(gòu)造原理制成，其結(jié)構(gòu)簡單，可以做成模型展覽，也可以作成教學(xué)用具、兒童益智玩具、工藝品及旅游紀(jì)念品。
文檔編號G01C17/00GK101059342SQ200710017850
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月28日
發(fā)明者穆曉峰 申請人:穆曉峰